(57)【要約】【課題】  内燃機関の排気通路に触媒１１を備えた構成において、触媒上流側又は下流側の空燃比検出手段５１・７１の異常の有無を短時間で判定できるようにする。【解決手段】  触媒１１の上流側・下流側の排気通路１０・１７は、それぞれ分岐させ、２本の通路を構成する（４１と４２、６１と６２）。一側の通路４１，６１には空燃比検出手段５１，７１を、他側の通路４２，６２には比較用検出手段５２，７２を、それぞれ設置する。上記分岐箇所にバルブ５３・７３が備えられ、このバルブ５３（７３）は、空燃比検出手段５１（７１）の異常の有無を判定する時のみ開いて前記他方側の通路４２（６２）へ排気ガスを流す。所定のタイミングでＥＣＵ２０は、バルブ５３（７３）を開いて空燃比検出手段５１（７１）の検出値と比較用検出手段５２（７２）の検出値とを比較し、両検出値が乖離しているときに空燃比検出手段５１（７１）が異常であると判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えられた触媒の上流側又は下流側の空燃比を検出する空燃比検出手段の異常の有無を判定する異常判定装置であって、
前記触媒の上流又は下流の排気通路を分岐させて、その分岐された一方の第１通路には前記空燃比検出手段を設置し、他方の第２通路には第２空燃比検出手段を設置し、
また、前記触媒から流出したガスが前記第２通路へ流れるのを許容する第１の状態と、それを阻止する第２の状態と、に切換可能なバルブを備え、
更に、前記バルブを前記第２の状態から前記第１の状態とした上で前記空燃比検出手段の検出値と前記第２空燃比検出手段の検出値とを取得し、両検出値が乖離していることをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定する異常判定手段を備えることを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空燃比検出手段の異常判定装置であって、
前記異常判定手段は、前記空燃比検出手段の検出値と前記第２空燃比検出手段の検出値との差が所定値を上回ったことをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定することを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の空燃比検出手段の異常判定装置であって、
前記異常判定手段は、所定の時間区間内で前記空燃比検出手段の検出値及び前記第２空燃比検出手段の検出値をそれぞれ積算し、両積算値の差が所定値を上回ったことをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定することを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の空燃比検出手段の異常判定装置であって、
前記異常判定手段は、所定の時間区間内で前記空燃比検出手段の検出値及び前記第２空燃比検出手段の検出値をそれぞれ積分し、両積分値の差が所定値を上回ったことをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定することを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の空燃比検出手段の異常判定装置であって、
前記異常判定手段は、混合気の目標空燃比が理論空燃比付近に設定されているときに、前記空燃比検出手段が異常であるか否かの判定を行うことを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の空燃比検出手段の異常判定装置であって、
前記異常判定手段は、混合気の目標空燃比が、所定のリッチ目標値と所定のリーン目標値との間で反転される制御を行っているときに、前記空燃比検出手段が異常であるか否かの判定を行うことを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空燃比検出手段の異常判定装置であって、
前記空燃比検出手段は触媒の下流側空燃比検出手段であり、該下流側空燃比検出手段としてＺ出力特性を有する酸素濃度センサを使用することを特徴とする、空燃比検出手段の異常判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に触媒を備え、その上流側又は下流側に空燃比検出手段を設けた内燃機関において、当該空燃比検出手段の異常の有無を判定する異常判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気ガスを浄化するための触媒（酸素ストレージ機能を有する触媒）を排気通路に設け、更にその上流側又は下流側に酸素センサ等の空燃比検出手段を設けた構成が知られている。そして、このような酸素センサは、高温の排気ガス中という悪条件下で使用されるため、故障の可能性を有し、この故障を早期に発見することが望ましい。
【０００３】
この点、特許文献１は、酸素センサの異常を早期に発見できるようにするための以下のような異常検出装置を開示している。即ち特許文献１の異常検出装置では、触媒の下流側の酸素センサの異常を発見するために、上記酸素センサの検出値がリッチ／リーンで反転する毎に、混合気の目標空燃比が所定のリッチ目標値と所定のリーン目標値との間で反転される制御（いわゆるアクティブ制御）を行うように構成している。この結果、触媒が酸素を一杯に吸蔵した状態と、吸蔵酸素を完全に放出した状態とが繰り返し実現される。従って、それらの期間内に、触媒に流入した酸素量を積算すれば、或いは、触媒に流入した排気ガス中の酸素不足量を積算すれば、触媒の酸素吸蔵能力Ｃmaxを計算により求めることができる。
【０００４】
一方、前述のアクティブ制御を行ったとしても、酸素センサが異常を呈していると、その検出値は、触媒下流側の空燃比の変化に応じて反転できなくなる。このときは、前述の積算が不当に長い間に渡って実行されるため、計算上の酸素吸蔵能力Ｃmaxは不当に大きな値となる。特許文献１はこのことを利用して、計算上の酸素吸蔵能力Ｃmaxが所定の値（触媒の酸素吸蔵能力の初期値）αを超えたことをもって、酸素センサが異常であると判定し、アクティブ制御を中止させることとしている。
【特許文献１】特開２００４−１９５４２（アクティブ制御について００２７、図３、酸素吸蔵能力の積算と触媒劣化の検知について００３８、００３９、酸素センサの異常の判定について００４３、００４４、００５４、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１では、酸素センサに実際に異常が発生したとしても、上記アクティブ制御の開始後に積算されていく酸素吸蔵能力Ｃmaxが触媒の酸素吸蔵能力の初期値を超えるまでは、酸素センサが異常であると判定できない。従って、特許文献１の図４のようにアクティブ制御が長時間継続されてしまうことになって、エミッションやドライバビリティの観点から好ましくない。
【０００６】
本発明はこの点に鑑みてされたものであり、その目的は、触媒の上流側又は下流側の空燃比検出手段の異常判定装置において、当該検出手段の異常をより早期に発見でき、エミッションやドライバビリティの悪化を抑制できる構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００８】
◆本発明の観点によれば、内燃機関の排気通路に備えられた触媒の上流側又は下流側の空燃比を検出する空燃比検出手段の異常の有無を判定する、下記の構成の異常判定装置が提供される。前記触媒の上流又は下流の排気通路を分岐させて、その分岐された一方の第１通路には前記空燃比検出手段を設置し、他方の第２通路には第２空燃比検出手段を設置する。また、前記触媒から流出したガスが前記第２通路へ流れるのを許容する第１の状態と、それを阻止する第２の状態と、に切換可能なバルブを備える。更に、前記バルブを前記第２の状態から前記第１の状態とした上で前記空燃比検出手段の検出値と前記第２空燃比検出手段の検出値とを取得し、両検出値が乖離していることをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定する異常判定手段を備える。
【０００９】
これにより、前記異常判定手段が空燃比検出手段の検出値と第２空燃比検出手段の検出値同士を比較することで、アクティブ制御を必須とすることなく、空燃比検出手段の異常の有無を何時でも判定することができる。なお、空燃比検出手段の異常の有無の判定時以外は、排気ガスが第２空燃比検出手段へ流れることはバルブによって阻止されるので、第２空燃比検出手段の経時劣化の進行は著しく遅い。従って、長期間にわたって、空燃比検出手段の異常の有無について正確な判定結果が得られる。
【００１０】
◆前記の空燃比検出手段の異常判定装置においては、前記異常判定手段は、前記空燃比検出手段の検出値と前記第２空燃比検出手段の検出値との差が所定値を上回ったことをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定することが好ましい。
【００１１】
これにより、空燃比検出手段の異常を簡単に判定でき、異常判定手段を実現するための電気的構成を簡素化できる。
【００１２】
◆前記の空燃比検出手段の異常判定装置においては、前記異常判定手段は、所定の時間区間内で前記空燃比検出手段の検出値及び前記第２空燃比検出手段の検出値をそれぞれ積算し、両積算値の差が所定値を上回ったことをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定することが好ましい。
【００１３】
これにより、空燃比検出手段や第２空燃比検出手段がノイズを拾って瞬間的に誤差の多少大きい検出値を示したとしても、空燃比検出手段が異常であると誤判定することが回避される。
【００１４】
◆前記の空燃比検出手段の異常判定装置においては、前記異常判定手段は、所定の時間区間内で前記空燃比検出手段の検出値及び前記第２空燃比検出手段の検出値をそれぞれ積分し、両積分値の差が所定値を上回ったことをもって前記空燃比検出手段が異常であると判定することが好ましい。
【００１５】
これにより、空燃比検出手段や第２空燃比検出手段がノイズを拾って瞬間的に誤差の多少大きい検出値を示したとしても、空燃比検出手段が異常であると誤判定することが回避される。
【００１６】
◆前記の空燃比検出手段の異常判定装置においては、前記異常判定手段は、混合気の目標空燃比が理論空燃比付近に設定されているときに、前記空燃比検出手段が異常であるか否かの判定を行うことが好ましい。
【００１７】
これにより、空燃比検出手段の異常判定時にエミッションやドライバビリティが悪化することがなくなる。従って、空燃比検出手段の異常の有無の判定頻度を多くすることが可能で、異常の早期検出のために好適な構成とできる。
【００１８】
◆前記の空燃比検出手段の異常判定装置においては、前記異常判定手段は、混合気の目標空燃比が、所定のリッチ目標値と所定のリーン目標値との間で反転される制御を行っているときに、前記空燃比検出手段が異常であるか否かの判定を行うことが好ましい。
【００１９】
これにより、空燃比検出手段の検出空燃比を広い範囲で変化させながら、当該空燃比検出手段の異常の有無を判定できる。従って、空燃比検出手段の幅広い態様の異常を的確に検出できる。また、本発明では空燃比検出手段の異常の有無を短時間で判定できるので、目標空燃比を変化させる制御を行ったとしても短時間でそれを終了させることができるから、エミッションやドライバビリティをあまり悪化させることがない。
【００２０】
◆前記の空燃比検出手段の異常判定装置においては、前記空燃比検出手段は触媒の下流側空燃比検出手段であり、該下流側空燃比検出手段としてＺ出力特性を有する酸素濃度センサを使用することが好ましい。
【００２１】
これにより、空燃比の細かな動きが出力値に反映されないＺ出力特性のＯ２センサの異常を確実に判定することができるとともに、短時間に判定を終わらせることもきるので、アクティブ制御が必要以上に長時間継続されることはなく、必要以上のエミッションの悪化を回避することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明による空燃比検出手段の異常判定装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、この異常判定装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関に適用したシステムの概略構成を、ブロック図として示している。
【００２３】
図１において、機関本体１は吸気ポート２と排気ポート３とを有している。各吸気ポート２は、対応する枝管４を通じてサージタンク５に連結され、サージタンク５は吸気ダクト６及びエアフローメータ７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはスロットルバルブ９が配置される。前記枝管４には、それぞれＥＣＵ２０の出力信号に基づいて制御される燃料噴射弁１２が配置される。一方、各排気ポート３は、排気マニホールド１０を介して、三元触媒（以下、単に「触媒」と称することがある。）を内蔵した触媒コンバータ１１に接続される。
【００２４】
ＥＣＵ２０は、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（セントラルプロセッシングユニット）２４、入力ポート２５及び出力ポート２６を具備し、これらは双方向バスによって相互に接続されている。エアフローメータ７は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が図略のＡＤコンバータを介して入力ポート２５へ入力される。
【００２５】
スロットルバルブ９には、当該スロットルバルブ９がアイドリング位置にあるときにＯＮとなるアイドル検出スイッチ１３が設けられ、このアイドル検出スイッチ１３の出力信号が入力ポート２５に入力される。また、機関本体１には機関冷却水温に応じた出力電圧を発生する水温センサ１４が取り付けられて、この水温センサ１４の出力電圧が図略のＡＤコンバータを介して入力ポート２５に入力される。更に、入力ポート２５には、機関回転数に相当する出力パルスを発生する回転数センサ１５が接続される。
【００２６】
触媒コンバータ１１上流の排気通路（排気マニホールド１０）は分岐状に構成されており、上流側第１通路４１と上流側第２通路４２とが形成されている。両通路４１・４２は合流した後、下流側の触媒コンバータ１１へ接続される。そして、メイン通路としての上流側第１通路４１には、上流側空燃比検出手段としての空燃比センサ５１が設置される。一方、サブ通路としての上流側第２通路４２には、第２上流側空燃比検出手段としての比較用空燃比センサ５２が設置される。これら空燃比センサ５１・比較用空燃比センサ５２としては、例えば限界電流式の酸素濃度センサを用いることが考えられる。
【００２７】
前記上流側第２通路４２が上流側第１通路４１に接続する箇所には、上流側バルブ５３・５３が設置される。この上流側バルブ５３・５３はＥＣＵ２０により出力ポート２６を通じて開閉可能となっている。上流側バルブ５３・５３が開かれているときは、排気ポート３から排出されるガスは上流側第１通路４１、上流側第２通路４２の双方を通過して、下流側の触媒コンバータ１１へ流れる。一方、上流側バルブ５３・５３が閉じられているときは、排気ポート３から排出されるガスは上流側第１通路４１のみを通過して触媒コンバータ１１へ流れる。なお、本実施形態では、上流側バルブ５３・５３は、上流側第２通路４２の入口及び出口の両方に配置されているが、入口側のみに設けてもよい。
【００２８】
触媒コンバータ１１の下流の排気通路１７も分岐状に形成され、下流側第１通路６１と下流側第２通路６２とが形成されている。なお、両通路６１・６２は下流側で合流した後、消音のための図略のマフラーへ接続される。そして、メイン通路としての下流側第１通路６１には、下流側空燃比検出手段としてのＯ２センサ７１が設置される。一方、サブ通路としての下流側第２通路６２には、第２下流側空燃比検出手段としての比較用Ｏ２センサ７２が設置される。これらＯ２センサ７１，比較用Ｏ２センサ７２としては、例えばＺ出力特性を有する起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサを用いることが考えられる。
【００２９】
前記下流側第２通路６２が下流側第１通路６１に接続する箇所には、下流側バルブ７３が設置される。この下流側バルブ７３はＥＣＵ２０により出力ポート２６を通じて開閉可能となっている。下流側バルブ７３が開かれているときは、触媒コンバータ１１から排出されるガスは下流側第１通路６１、下流側第２通路６２の双方を通過して、前記マフラーへ流れる。一方、下流側バルブ７３が閉じられているときは、触媒コンバータ１１から排出されるガスは下流側第１通路６１のみを通過して排気される。
【００３０】
これら空燃比センサ５１、比較用空燃比センサ５２、Ｏ２センサ７１、比較用Ｏ２センサ７２の発生する信号は、それぞれ対応する図略のＡＤコンバータを介して、入力ポート２５に入力される。
【００３１】
また、出力ポート２６は駆動回路３３を介して燃料噴射弁１２に接続されるとともに、Ｏ２センサ７１の異常の有無を表示する表示装置３５に接続される。更に出力ポート２６は、上記上流側バルブ５３・５３及び下流側バルブ７３に接続される。
【００３２】
（通常時の空燃比制御の概要）
次に、上記のように構成された内燃機関の空燃比制御装置が通常行う空燃比制御の概要について説明する。
【００３３】
触媒コンバータ１１の内蔵する三元触媒は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ２ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有し、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ，及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって、触媒に流入するガス中の酸素及びＮＯｘが増加すると、酸素の一部を触媒が吸蔵することで、還元雰囲気を作り出し、ＮＯｘの還元・浄化を促進する。また、機関の空燃比がリッチになって触媒に流入するガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、三元触媒は内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのＨＣ，ＣＯに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。
【００３４】
従って、触媒が連続的に流入する多量のＨＣ，ＣＯを効率的に浄化するためには、当該触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化するためには、触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、触媒の浄化能力は、当該触媒が貯蔵し得る最大の酸素量（最大酸素吸蔵量）に依存する。
【００３５】
一方、三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、あるいは触媒に加わる熱により劣化し、これに伴い最大酸素吸蔵量が次第に低下してくる。このように最大酸素吸蔵量が低下した場合であってもエミッションを良好に維持するには、触媒に流入するガスの平均空燃比が理論空燃比に極めて近い状態となるように制御する必要がある。
【００３６】
そこで、本実施形態のＥＣＵ２０は、内燃機関の排気に関する状態量の一つである触媒上流側のＯ２センサ５１の出力が理論空燃比に略相当する目標値となるように、触媒上流側のＯ２センサ５１の出力（即ち、触媒上流の空燃比）に応じて機関に供給される混合気の空燃比（即ち、機関の空燃比）をフィードバック制御する。注記すると、燃焼室より下流にて空気や燃料を添加しない機関では、機関の混合気の空燃比と触媒の上流側におけるガスの空燃比（いわゆる排気空燃比）は等しいので、触媒上流側におけるガスの空燃比をフィードバック制御しているとも言える。
【００３７】
なお、上記の通常の制御においては、上流側バルブ５３・５３及び下流側バルブ７３は閉じるようにＥＣＵ２０によって制御され、排気ポート３からのガスは上流側第１通路４１→触媒コンバータ１１→下流側第１通路６１と流れて排気されることになる。
【００３８】
（Ｏ２センサ異常判定制御）
次に、触媒下流側のＯ２センサ７１の異常判定制御について説明する。即ち、Ｏ２センサ７１は使用に伴って断線、ショート、素子割れ等の故障を発生することがあり、この場合は上記のようなフィードバック制御が不可能になって、エミッションやドライバビリティの悪化を招く。従って、そのようなＯ２センサ７１の異常は早期に発見してユーザに知らせる必要がある。この点、本実施形態では、Ｏ２センサ７１に異常が発生するとＥＣＵ２０がそれを検知して、表示装置３５に警告を表示すること等により、ユーザにＯ２センサ７１の交換を促すようにしている。
【００３９】
本実施形態ではＯ２センサ７１の異常判定（異常の検知）を、以下のようにして行う。即ち、所定の実行条件が成立するとＥＣＵ２０は、閉じられていた下流側バルブ７３を開いて、触媒コンバータ１１から流出するガスが下流側第１通路６１及び下流側第２通路６２の双方を流れるようにする。そして、下流側第２通路６２内に排気ガスが行き渡るまで所定の時間待機した後、Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と、比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２を、同時に取得する。
【００４０】
即ち、前記下流側バルブ７３を開いて下流側第２通路６２に下流側第１通路６１と等しい空燃比のガスを流通させた上で、Ｏ２センサ７１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値を同時に取得し、得られた検出値Ａ１，Ａ２同士を比較して差異があまりない場合は、Ｏ２センサ７１に異常はないと判定できる。一方、両検出値Ａ１，Ａ２の乖離が大きい場合は、Ｏ２センサ７１に異常が発生したと判定できる。
【００４１】
従ってＥＣＵ２０は、Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２の差の絶対値を求め、この差の絶対値｜Ａ１−Ａ２｜が所定値α以下であればＯ２センサ７１が正常であると判定し、αを上回っていればＯ２センサ７１が異常であると判定するのである。なお本実施形態では、上記のＯ２センサの異常判定を、前述のアクティブ制御を行わずに通常の制御時に行っている。従って、エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を回避できている。
【００４２】
なお、下流側バルブ７３はＯ２センサ７１の異常の有無を判定する時以外は閉じられているため、下流側第２通路６２に設置された比較用Ｏ２センサ７２は、上記判定時以外は排気ガスに晒されない。一方、メイン通路としての下流側第１通路６１に設置されているＯ２センサ７１は、機関運転時には、触媒コンバータ１１から継続的に流出する排気ガスに常時晒されている。従って、比較用Ｏ２センサ７２の経時劣化の度合いは、Ｏ２センサ７１のそれよりも著しく少ないことになる。この結果、比較用Ｏ２センサ７２が長寿命になって、Ｏ２センサ７１の異常の有無について長期間にわたって正確な判定結果を得ることができる。
【００４３】
（実際の制御）
次に、ＣＰＵ２４で実行される具体的な処理について、図２のフロー図を参照して説明する。図２において、ＣＰＵ２４はステップＳ１０１で、Ｏ２センサ異常判定条件を満たしているかを調べる。本実施形態ではＯ２センサ異常判定条件は、過去の処理でＯ２センサ７１が異常であると判定したことがなく、且つ、現時点でアクティブ制御（例えば触媒の劣化判定のためにアクティブ制御を行うことが考えられる）を行っておらず通常の制御を行っていること、過去にＯ２センサ７１が正常であると判定してから所定時間が経過したことにより成立する。
【００４４】
更に、前記Ｏ２センサ異常判定条件には、Ｏ２センサ７１及び比較用Ｏ２センサ７２の温度が所定の温度範囲内にあること、前回にＯ２センサ７１が正常であると判定してから車両が所定距離以上運転されたこと、前回にＯ２センサ７１が正常であると判定してからの車両のトリップ数が所定回数に達したこと、前回にＯ２センサ７１が正常であると判定してから内燃機関が所定時間以上運転されたこと、前回にＯ２センサ７１が正常であると判定してから前記エアフローメータ７で得られた吸気量の積算値が所定値に達したこと、の任意の一つ又は二つ以上の組み合わせを加えても良い。
【００４５】
Ｏ２センサ異常判定条件を満たしていない場合には、ＣＰＵ２４は「Ｎ」と判定してステップＳ１０１に戻り、当該条件を満たすまでループして待機する。Ｏ２センサ異常判定条件を満たしている場合には、ＣＰＵ２４は「Ｙ」と判定してステップＳ１０２に進んで、出力ポート２６から信号を送って下流側バルブ７３を開く。この結果、触媒コンバータ１１から流出したガスが下流側第１通路６１だけでなく下流側第２通路６２へも流れるようになる。なおこのステップＳ１０２の直後に、下流側バルブ７３を開いてから下流側第２通路６２の空燃比が安定するまで所定の時間だけ待機する処理が行われても良い。
【００４６】
次にＣＰＵ２４はステップＳ１０３に進んで、Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２を同時に取得する。そしてステップＳ１０４で両検出値の差の絶対値｜Ａ１−Ａ２｜と所定値αとを比較して、所定値α以下だった場合にはＣＰＵ２４は「Ｎ」と判定してステップＳ１０６に進み、下流側バルブ７３を閉じて下流側第２通路６２への排気ガスの流れを阻止した後、一連の処理を終了する。一方、当該所定値αを上回っていた場合はＣＰＵ２４は「Ｙ」と判定してステップＳ１０５に進み、前記出力ポート２６を介して表示装置３５に信号を送り、Ｏ２センサ７１が異常である旨を表示装置３５に表示させる。そしてステップＳ１０６で下流側バルブ７３を閉じて下流側第２通路６２への排気ガスの流れを阻止した後、一連の処理を終了する。
【００４７】
以上に説明したように、本実施形態では、触媒コンバータ１１の下流の排気通路１７を分岐させて、その分岐された一方の下流側第１通路６１にＯ２センサ７１を設置し、他方の下流側第２通路６２には比較用Ｏ２センサ７２を設置している。そして、触媒コンバータ１１から流出したガスが前記下流側第２通路６２へ流れるのを許容する開き状態と、それを阻止する閉じ状態と、に切換可能な下流側バルブ７３を備える。更に、前記下流側バルブ７３を開いて前記Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２とを取得し、両検出値Ａ１，Ａ２が乖離していることをもってＯ２センサ７１が異常であると判定する構成となっている。
【００４８】
従って、Ｏ２センサ７１及び比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ１，Ａ２同士を比較することで、判定処理を開始してから極めて短時間にＯ２センサ７１の異常を検知することができる。また、このように短時間でＯ２センサ７１の異常を判定できるので、Ｏ２センサ７１の異常の有無の判定の頻度を増やすことが容易である。従って、内燃機関運転中の様々なタイミングでＯ２センサ７１の異常の有無を判定することで、Ｏ２センサ７１に異常が発生してからそれが検知されるまでの時間を短縮することができる。
【００４９】
また本実施形態では、ＥＣＵ２０は、Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２との差（｜Ａ１−Ａ２｜）が所定値αを上回ったことをもって、Ｏ２センサ７１が異常であると判定するようになっている。従って、Ｏ２センサ７１の異常を簡単に判定でき、ＥＣＵ２０の処理負担を軽減できる。
【００５０】
なお本実施形態では、ＥＣＵ２０が、本発明の異常判定手段に相当する。即ち、上記ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３等のハードウェアと、図２にフローを示すプログラムとにより、上記異常判定手段がＥＣＵ２０内に構築されている。
【００５１】
そして上記実施形態では、ＥＣＵ２０は、通常の制御のとき、即ち混合気の目標空燃比が理論空燃比付近に設定されているときに、Ｏ２センサ７１の異常判定処理を行うようになっている。従って、Ｏ２センサ７１の異常の有無の判定時にエミッションやドライバビリティが通常より悪化することがない。
【００５２】
なお、Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２の差の絶対値｜Ａ１−Ａ２｜を所定値αと比較することに限らず、例えば、所定の時間区間内で所定の時間間隔でＯ２センサ７１の検出値Ａ１を取得してそれを積算し、また、同区間内で同時間間隔で比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２を取得してそれを積算し、その差の絶対値｜ΣＡ１−ΣＡ２｜を所定値βと比較して判定しても良い。この場合、Ｏ２センサ７１或いは比較用Ｏ２センサ７２の検出値が瞬間的な誤差を拾った場合でも、Ｏ２センサ７１が異常であると誤判定することを回避できる。なお、上記「所定の時間区間」としては、例えば現在より数秒前の時点から現在までの時間区間とすることが考えられる。
【００５３】
また、例えば、所定の時間区間内でのＯ２センサ７１の検出値Ａ１の積分値を取得し、また、同区間内で比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２の積分値を取得し、その差の絶対値｜∫Ａ１−∫Ａ２｜を所定値γと比較して判定しても良い。この場合も、Ｏ２センサ７１或いは比較用Ｏ２センサ７２の検出値が瞬間的な誤差を拾った場合でも、Ｏ２センサ７１が異常であると誤判定することを回避できる。
【００５４】
また、Ｏ２センサ７１の検出値Ａ１と比較用Ｏ２センサ７２の検出値Ａ２の差の絶対値｜Ａ１−Ａ２｜を所定値αと比較し、｜Ａ１−Ａ２｜＞αの時にすぐに異常と判断するのではなく、｜Ａ１−Ａ２｜＞αの状態が一定時間継続したことにより、初めて、異常と判定してもよい。この場合も、Ｏ２センサ７１或いは比較用Ｏ２センサ７２の検出値が瞬間的な誤差を拾った場合でも、Ｏ２センサ７１が異常であると誤判定することを回避できる。
【００５５】
なお、本実施形態では前述の通常の制御時にＯ２センサ７１の異常判定を行うように構成していたが、勿論、いわゆるアクティブ制御を行いながら上記のＯ２センサ７１の異常判定を実行することも可能である。アクティブ制御とは図３の時間範囲ｔ１〜ｔ４に示すように、Ｏ２センサ７１の検出値がリッチ／リーンで反転する毎に、機関の混合気（触媒コンバータ１１の上流側のガス）の目標空燃比が所定のリッチ目標値と所定のリーン目標値との間で反転される制御である。この結果、触媒コンバータ１１内の触媒が酸素を一杯に吸蔵した状態と、吸蔵酸素を完全に放出した状態とが繰り返し実現され、触媒の下流側の排気通路１７の空燃比が、リッチ側及びリーン側に交互に振られる。従って図３の下側のグラフに示すようにＯ２センサ７１及び比較用Ｏ２センサ７２の検出値をリッチ−リーンの間で大きく振らせながら、Ｏ２センサ７１の異常の有無を判定することができる。この判定制御は、いわゆる電圧縮小異常（センサの出力電圧の範囲が長期間の使用によって縮小し、それが一定程度以上に進んだ状態）や、本実施形態のように触媒下流側に配置されたＺ出力特性のＯ２センサ７１の故障を、的確に判定できる点で有利である。また、本実施形態はＯ２センサ７１と比較用Ｏ２センサ７２との検出値の比較によって異常の有無を短時間で判定できるから、Ｏ２センサ７１の異常の有無の判定のために上記アクティブ制御を行ったとしても短時間で当該制御を終了させることができる。従って、エミッションやドライバビリティをあまり悪化させることがない。
【００５６】
なお、触媒コンバータ１１の上流側の空燃比センサ５１についても、比較用空燃比センサ５２の検出値との比較によって異常の有無を判定することができる。この方法は上述した下流側のＯ２センサ７１の異常の判定と全く同様であるので詳細は省略するが、空燃比センサ５１の異常を判定するための所定の条件が成立すると、ＥＣＵ２０は上流側バルブ５３・５３を開くとともに、空燃比センサ５１の検出値Ｂ１と比較用空燃比センサ５２の検出値Ｂ２とを同時に取得し、その検出値の差の絶対値｜Ｂ１−Ｂ２｜が所定値α’を上回った場合には、空燃比センサ５１が異常であると判定してその旨を表示装置３５に表示するようにすれば良い。この構成では、触媒上流側の空燃比センサ５１について異常が発生したときも、当該異常を早期に検知してユーザに知らせることができる。
【００５７】
なお、Ｏ２センサ７１及び比較用Ｏ２センサ７２の構成は、空燃比の変化に応じてその出力する信号が変化するものであれば良く、その構成は問わない。ただし、Ｏ２センサ７１と比較用Ｏ２センサ７２は同一の部品（センサ）であることが、Ｏ２センサ７１の異常の有無の判定の際に検出値Ａ１，Ａ２同士を比較し易い点で好ましい。このことは上流側の空燃比センサ５１、比較用空燃比センサ５２についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】センサ異常判定装置の構成を示すブロック図。
【図２】センサ異常判定のための処理ルーチンを示すフロー図。
【図３】センサの異常検出の際にアクティブ制御を行う場合の当該制御を示すタイムチャート図。
【符号の説明】
【００５９】
１  内燃機関本体
１１  触媒コンバータ
１０  排気マニホールド（排気通路）
１７  排気通路
２０  ＥＣＵ
４１  上流側第１通路（第１通路）
４２  上流側第２通路（第２通路）
５１  空燃比センサ（空燃比検出手段）
５２  比較用空燃比センサ（第２空燃比検出手段）
５３  バルブ
６１  下流側第１通路（第１通路）
６２  下流側第２通路（第２通路）
７１  Ｏ２センサ（空燃比検出手段）
７２  比較用Ｏ２センサ（第２空燃比検出手段）
７３  バルブ
【図１】
2006017061.tif 000003
【図２】
2006017061.tif 000004
【図３】
2006017061.tif 000005